JPS6069231A - 沸騰冷却システムの液面制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、エンジンの沸騰冷却システム、特に、該シ
ステムの液面制御の簡素化と外部貯溜タンクへのオーバ
フロー防止とを計る技術に関する。

沸騰冷却システムは、コンデンサにより冷媒蒸気を液状
とし、これをロワタンクに貯溜すると牡に、該ロワタン
クの液状冷媒を供給ポンプによりウォータジャケットに
送り、その液面及び温石をセンサによりそれぞれ制御し
、これにより優れた冷却機能を発揮するものであるが、
この為には正確な液面制御と系内混入空気の排出とを行
なう必要性を有するものである。

［先願技術］ 従来から沸騰冷却システムとしては、特公昭５７−６０
８号がある。これを改善するものであり、前述の液面制
御と系内混入空気の排出を行４にう先願のものとして、
３個の液面センサと、２個の電磁弁と、更に１個の三方
電磁弁とを有するものがある。

このものは上記構成により、冷媒液面を良好に制御する
と共に、系内に混入した空気を自動的に排出することが
できるものである。

しかしながら、この先願のものは、外気が極端に低い場
合或いは、アイドリンクや降急坂等低負荷運転時には、
ファンを全く回さなくとも冷え過ぎて所定温度に達せず
、系内が負圧となり、この為、系内に管接続部等から空
気が徐々に侵入して来るという問題が実験してみた結果
判明した。これは、エンジン１ｍ後は完全なりローズド
システムとなるため、前述の運転状態において冷却機能
に秀れる故、凝縮量が蒸発量を上まわり、いわば減圧沸
騰を起す理由ににる。この空気が侵入するとそのまま通
常運転又は高負荷運転を継続した場合には、冷却性能を
低下しオーバヒートを生ずる危険が有るので、どうして
も、所定の空気抜きの工程を経由づる必要があり、これ
は、時間的にいかにもわずられしいことである。

また、構成的にも、３個の液面センサと２個の電磁弁ど
１個の三方電磁弁とを要するので、制御系のコストも高
くつくという問題点があった。

［発明の目的］ この発明は、前述の先願発明の問題点にかんがみ、極低
温時又は低負荷運転時においても、系内に空気が殆ど侵
入し４【いようにすることを目的とし、併せて、システ
ムのコストダウンを図ることを目的としているものであ
る。

し発明の構成］ この発明は、上記目的を達成するため、コンデンサによ
り冷却した冷媒を貯溜するロワタンクと、エンジンのウ
ォータジャケラ１〜とを供給ポンプを介して連通し、前
記ウォータジャケットの大部分を充たした冷媒の沸騰気
化潜熱を用いてエンジンを冷却する沸騰冷却システムに
おいて、外部貯溜タンクと前記ロワタンクとを連通覆る
連通管を設けると共に、前記ロワタンクの液面が所定の
レベルＪ：り上昇したとき前記連通管を開通するバルブ
を設けたことを要旨とする。

［作用］ 通常運転時には、蒸発量が凝縮ｍと等しいか、又はそれ
を上まわるので、［ｌワタンクの液面が所定のレベル以
下に有り、外部貯溜タンクとの連通がバルブにより遮断
され、その結果、冷却システムは完全なりローズドシス
テムとなり良好な冷却機能を発揮する。また、低負荷運
転時には、凝縮量が蒸発量を上まわるので、１−１ワタ
ンクの液面が３− 所定のレベルＪ、り上貸し、このタンク内の浮子が浮い
て、これど一体のバルブが連通管を聞くので、外部貯溜
タンクの冷媒が自動的に系内角圧によりロワタンクに吸
引されコンデンサの水位を高める。

この結果、コンデンサの有効放熱面積を減少して、過冷
却、引いてはこれに起因する高負圧化と空気混入を完全
に防止する。

し実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す図である。

まず構成を説明すると、１はエンジン、２はつＡ−タジ
ャケット、３は液面、４は空気パージ用液面センサ、５
はフィラキャップ、６は電磁弁、７はモジュレータ、８
は外部貯溜タンク、９は大気）ル通孔付キャップ、１０
はコンデンサ、１１は電動ファン、１２はウォータジャ
ケット冷媒の液面センサ、１３は温度センサ、１４はロ
ワタンク、１５は浮子式バルブ、１６は逆止弁、１７は
三方電磁弁、１８は供給ポンプ、１９はロワタンク冷媒
の液面、２０は連通管である。

液面センサ１２は冷媒液面３を検知して、それ４− 以下のとぎはモジュレータ７を介して供給ポンプ１８を
回転しロワタンク１４の冷媒を連通管２１よりウォータ
ジャケット２に送るものである。

温度センサ１３は冷媒の温度を検知して、所定値より高
いとぎはモジュレータ７を介して電動ファン１１を回転
し、コンデンサの冷却能力を増すよう送風するものであ
る。

フィラキャップ５はシステムの最上部に配設された密閉
式のもので、ここから冷媒を注入し、もし、最上部に空
気があると、液面センサ４がモジュレータ７を介して電
磁弁６及び三方電磁弁１７に通電して弁を夫々上方に吸
引し、連通管２２ど２３との連通及び連通管２４と２１
（右側部分）との連通をするよう指令する。なお外部貯
溜タンクのキャップ９は大気と連通し、内部の液面変化
に対し圧力変化なしで応することができるものである。

浮子式バルブ１５はロワタンク１４の液面１９が所定の
レベル以下になると連通管２０の導通口を閉じるもので
、レベルを超えると開通する。また、逆止弁１６は外部
貯溜タンク８からロワタンク１４方向にのみ冷媒を流す
ものである。

次に上記実施例の作用を説明する。

（ａ　）　エンジン暖機後の通常運転時この場合はシス
テムが通常に作動している場合で、電磁弁６及び三方電
磁弁１７は通電せず図の如く弁が夫々下方に降りており
、また、ロワタンク１４の液面１９は所定のレベルにあ
るので、浮子式バルブ１５は連通管２０を閉じている。

従って、コンデンサ１０．連通管２１、供給ポンプ１８
、ウォータジャケット２．蒸気室２５及び連通管２６は
１個のクローズド回路を形成する。これにより、液面３
が下ると液面センサ１２がこれを検知してモジュレータ
７に指令して供給ポンプ１８を駆動しロワタンク１４か
ら液状冷媒をウォータジャケット２内に送る。また、温
度センサ１３が冷媒の温度を高いと感ずれば、モジュレ
ータ７に指令して電動ファン１１を駆動し、コンデンサ
１０に送風する。

（ｂ）　エンジン停止時 （ａ）状態からエンジンを停止すると、系内の蒸気が凝
縮するのに伴ない負圧が発生するため、逆止弁１６が開
き外部貯溜タンク８の冷媒を系内に吸いこみ始める。こ
の場合、液面１９が所定のレベルより上昇すると、第２
図のように連通管２０を開通する。

第２図において、フロート１５１）は単独気泡のウレタ
ン製で、回転自在の支点１５ａからかなり離れた部分に
おもり１５０を有し液面１９がＡのように高くなるとフ
ロート１５ｈが浮かび、レバー先端の突出子１５ｆが右
方向に下がり、弁体１５ｅがシートから離れ、冷媒は小
穴１５（ｌを通り出入りを自由とする。このとき、弁体
１５ｅは本体１５ｂと一体的にガイド１５０中をスライ
ドする。

（ｃ　）　空気混入時（第３図参照） 系内に万一空気が混入した場合、例えば、冷媒充填時の
ようにフイラキャップ５の下方に空気がある場合、これ
を排出する過程について説明づる、第３図において、温
度センサ１３が冷間（例え７− ば５０℃以下）と感知し、液面３が液面センサ４に達し
ておらず、これを液面センサ４が感知すると、モジコレ
−タフは「空気混入」と判断し、電磁弁６、三方電磁弁
１７及び供給ポンプ１８に通電する。このため、両電磁
弁の弁体は図のように上昇するので、供給ポンプ１８の
回転により、矢印Ｙ方向に注水する。このとき、浮子式
バルブ１５も連通管２０を開いているので、ポンプ１８
は外部貯溜タンク８の液体と、ロワタンク１４の液体と
を合せて吸引し、ウォータジャケット２に供給し、結果
的に外部貯溜タンク８のレベルを下げフィラキャップ５
下方の液面３をその下げた分だ【プ上臂させる。この結
果、液面３」三方の空気を電磁弁６を通って外部貯溜タ
ンク８の大気室に送りそのキャップ９を通して外気に排
出する。これにより液面３が液面センサ４に達するとモ
ジュレータへの指令は１トみ、電磁弁６と１７及び供給
ポンプ１８への通電は断たれる。この状態は＠機すイク
ルに入る初期の状態である。

（ｄ　）　暖機サイクル時（第４図参照）８− エンジンが始動し暖機が始まると、ウォータジャケット
２の全部に充満した冷媒中、特にシリンダヘッドのウォ
ータジャケット内冷媒中に蒸気が発生し出し、内圧が上
昇する。いっぽう、浮子式バルブ１５は連通管２０を開
いているので、ここから、冷媒を外部貯溜タンク８内へ
矢印７１のように押し出す。

やがて、コンデンサ１０の液面１９が下って第２図のレ
ベルＢのところまで下ると、浮子式バルブ１５は連通管
２０を閉じ、通常のクローズド回路となる。この状態は
第１図の通常運転と同じである。このとき当然ウォータ
ジャケット２の液面３も液面センサ１２の位置に達して
いる。

（ｅ）降板等低負荷運転時 外気が極端に低い温度のとぎ、下り坂を高速で降るとき
、或いは、アイドリングや低負荷運転時には、コンデン
サ１０の凝縮量が蒸発量を上まわるので、ロワタンク１
４内の液面が所定のレベルより上昇する。そして系内は
負圧となる。このため、浮子式バルブ１５の連通管２０
の開通ににす、矢印Ｚ２のにうに外部貯溜タンク８から
冷媒を］ンデンザ１０に吸引し、また、同時に、逆止弁
１６を通しても同様に吸引するので、放熱効率の良い気
相部分を減じ凝縮量を自動的に釣合わせる。

この場合は（１））の場合と木質的に変るところはない
。

なお、逆に、凝縮量が発熱量に追いつかなくなると、暖
機サイクルと同様に浮子式バルブを通して液体を外部貯
溜タンクに押し出し自動的に］ンデンサ内の気相空間を
広げる。

つまり、通常運転時はクローズドシステムであるが、そ
の他の状態ではオーブンシステムである。

第５図には、他の実施例を示す。

この実施例は、第１図の液面センサ１２を除き、代りに
連通管２７で、シリンダヘッド中の所定液面部２８とロ
ワタンク１４とを結んだものである。

この場合、供給ポンプ１８は常に回転したままにしでａ
３いＣも、連通管２７から余分の冷媒がロワタンク１４
に流下するので、液面３は一定レベルを保つようになる
。

以上説明してきたように、この発明によれば、その構成
をコンデンサのロワタンク内に液面が所定レベルより下
ると閉じる浮子弁と、タンク内に吸い込み勝手に開く逆
止弁を備え、かつ、２個の液面センサと電磁弁及び三方
電磁弁各１個を設【づた沸騰冷却システムとしたため、
低コストでシステムを自動的に制御し、かつ、適冷によ
り系内が負圧になった場合、自動的に圧力をつり合わせ
るよう、コンデンサの放熱特性を増減させることができ
るという効果が得られる。

また、構成も少くなっているので、一層のコストダウン
が可能になる効果を有する。

なお、逆止弁１６を廃止して、単に、ロワタンクと外部
貯溜タンクとを管で接続した場合には、暖機後エンジン
を停止したとき、その直後につＡ−タジャケット内に発
生した然気圧力により系内の液状冷媒がロワタンクから
この管を通うで外部貯溜タンクに噴出し、冷媒を外気に
放出するいわゆるオーバフローを生ずるおそれがあるが
、このオーバフローは逆止弁の設置にＪ：り防止できる
。

１１− 但し、逆止弁及びその管を廃止して、連通管２０のみで
も、）甲子式バルブを設ければ、この発明は成立する。

なお、浮子式バルブに代えて、冷媒の所定レベルを感知
して連通管を開閉する他のバルブ例えば電磁弁でも、同
様の効果を生ずる。

［発明の効果］ （１）　過冷却時でもシステムへの空気侵入を防止する
。

（２）万一空気が侵入してもこれを排出できる。

（３）　構成が簡単であるため故障も少くてすむ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によるシステム図で、エンジン暖機
後通常に作動している状態を示すもの、第２図はこの発
明の要部で、第１図のシステムに用いる浮子式バルブの
詳細図、第３図は系内に混入した空気を自動的に排出し
ている状態を示すシステム図、第４図は同じ＜ｌ！Ｊｉ
ｍ中又は適冷時の遷移状態を示すもの、第５図はさらに
コストダウンを図った他の実施例のシステム図である。 図面に現わした符号の説明 １２− １・・・エンジン ２・・・ウォータジャケット ３・・・ウォータジャケットの液面 ４．１２・・・液面センサ　５・・・フィラキャップ６
・・・電磁弁　７・・・モジコレータ８・・・外部貯溜
タンク ９・・・大気連通孔付キャップ １０・・・コンデンサ　１１・・・電動ファン１３・・
・温度センサ　１４・・・ロワタンク１５・・・浮子式
バルブ　１６・・・逆止弁１７・・・三方電磁弁　１８
・・・供給ポンプ１９・・・ロワタンクの液面 ２０．２．１．２２．２３．２４．２６・・・連通管２
５・・・蒸気室 特許出願人　日産自動車株式会社 第３［ｍ 第５因

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンデンサにより冷却した冷媒を貯溜するロワタンクと
   、エンジンのウォータジャケットとを、供給ポンプを介
   して連通し、前記ウォータジャケットの大部分を充たし
   た冷媒の沸騰気化潜熱を用いてエンジンを冷却する沸騰
   冷却システムにおいて、外部貯溜タンクと前記ロワタン
   クとを連通ずる連通管を設けると共に、前記ロワタンク
   の液面が所定のレベルより上昇したとき前記連通管を開
   通するバルブを設けたことを特徴とする沸騰冷却システ
   ムの液面制御ＩＩ装置。